JP6890075B2

JP6890075B2 - 回転電機

Info

Publication number: JP6890075B2
Application number: JP2017184528A
Authority: JP
Inventors: 隆太鷲谷; 榎本　裕治; 裕治榎本; 博洋床井
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2017-09-26
Filing date: 2017-09-26
Publication date: 2021-06-18
Anticipated expiration: 2037-09-26
Also published as: JP2019061822A

Description

本発明は、２種類以上の金属の電線を使用した回転電機の異種金属接続技術に関する。

銅は多くの電気機器に用いられている代表的な導電材であるが、推定可採年数が５０年を下回っており、代替材料の探索やリサイクル技術の開発が進められている。銅線の代替材料として、軽量化と低コスト化の両立が実現可能なアルミニウムを採用したアルミ線が注目されており、自動車のワイヤーハーネスや冷蔵庫の回転電機など様々な電気機器で実用化されている。回転電機のコスト低減のためにコイルにアルミニウム線を適用する場合、銅線が使用されているインバータとの接続のためにアルミニウムと銅の異種接合が必要となる。

異種接合部は、かしめなどの応力によって接続している場合、応力緩和時間が金属によって異なるため、接続してから応力は時間経過とともに緩和する。また、高温ほど緩和が大きいことが知られている。緩和によって接触面が減少することで、抵抗が増加し劣化を生じる。

金属同士の自然電位が異なる場合、ガルバニック腐食が生じる。ガルバニック腐食とは、水などの電解質中で電位の異なる金属が接触すると電池作用が生じ、電位が卑の金属が腐食する現象である。大気中でも塩害地域や高湿度化で腐食が生じる可能性がある。

回転電機は、駆動時にコイルが発熱するため、温度が上昇する。金属間の線膨張係数が異なる場合、温度上昇時に体積膨張率が異なり、接合部に隙間やすべりが生じて金属が露出する。隙間や露出した金属は、酸化等で劣化すると温度が元に戻っても、温度上昇前の接続状態には戻らず、抵抗の増加を生じる可能性がある。アルミニウムと銅の接合では、アルミニウムの線膨張係数23×10^-6/Kが銅の線膨張係数16.8×10^-6/Kよりも大きいため、室温より高くなるとアルミニウムの方が伸びは大きくなり、室温より低いとアルミニウムの方が縮んでしまう。そのため、高温でアルミニウムが露出された場合、絶縁性の酸化アルミニウムや水酸化アルミニウムに酸化され、抵抗が増加する可能性がある。

異種金属接続部の信頼性を確保するためには、これらの劣化現象を防ぐ技術が必要である。アルミニウムを回転電機の巻線に適用する場合、回転電機の使用環境や製造方法に適した、低コストなアルミニウムと銅の接続技術が求められる。

そこで、アルミニウムの腐食防止のために、アルミ線と銅端子の接続部を樹脂封止することで防水構造を施す技術（例えば、特許文献１，２参照）が提案されている。
特許文献１の手法では、アルミ線と端子を個々に樹脂封止している。複数のコアを有する固定子を備えた回転電機では、アルミ線と銅端子の接続部も複数あるため、封止作業の作業時間と工程数が増加し、封止のコストが増加してしまう。

特許文献２には、一括で樹脂封止する方法も提示されているが、一括で封止する場合は、ステータとともに樹脂で封止するため使用する樹脂量が多くなる。また、コイルの近傍でアルミ線と銅端子を封止するため、回転電機の駆動時のコイルの発熱が伝わりやすく、アルミ線と銅端子の接続部が温度上昇して、熱劣化の影響を受けやすくなる。

特開２０１４−３２８３２号公報特開２０１４−１４７２３２号公報

そこで、本発明は、異種金属の電線を接続部材で接続する際に、作業工数が少なく低コストで、異種金属接続部の腐食や熱劣化を防ぐことが可能な回転電機を提供することを課題とする。

上記課題を解決するための、本発明の「回転電機」の一例を挙げるならば、
回転子とコイルの巻かれた複数のコアから形成される固定子を有し、前記コイルと電源の電線が異なる金属である回転電機であって、前記回転電機の外殻に端子箱を有し、前記端子箱には前記回転電機のコイルから引き出された引出線と前記電源の電線を接続する端子台を有し、前記端子台上に、一端が前記引出線に接続され、他端が前記電源の電線に接続される端子を有し、前記端子台の端子が二種類以上の異種金属を接続して構成され、前記異種金属の接続部が樹脂封止されていることを特徴とするものである。

本発明によれば、樹脂封止によって異金属接続部の防水構造を簡便に形成でき、腐食による断線や抵抗の増加を防止できる。
また、異種金属接続部が回転電機の外殻であるため、回転電機駆動時のコイルの発熱による異種金属接続部の温度上昇が小さくなるため、異種金属接続部の熱劣化が軽減され、抵抗の増加を低減できる。
また、樹脂封止箇所が一か所で済むため作業工数が少なく、樹脂封止の作業時間の短縮と作業コストが低減できる。

（ａ）は、第１の実施形態における回転電機Ａ１の構成説明図、（ｂ）は、回転電機Ａ１の他の構成説明図である。（ａ）は、第１の実施形態における端子箱の構成説明図、（ｂ）は端子と引出線、電線、ボルト、封止剤の位置関係を示す構成説明図である。第２の実施形態に係る回転電機Ａ２の、端子と引出線、電線、ボルト、封止剤の位置関係を示す構成説明図である。実施例３で使用した端子箱の構成説明図である。実施例４で使用した端子および封止剤の構成説明図である。実施例５で使用した端子と引出線の接続方法の構成説明図である。実施例６で使用した端子と引出線の接続方法の構成説明図である。

以下に本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。なお、実施の形態を説明するための各図において、同一の構成要素にはなるべく同一の名称、符号を付して、その繰り返しの説明を省略する。

第１の実施形態

第１の実施形態について、図１および図２を用いて説明する。図１（ａ）は、本実施形態における回転電機Ａ１の構成説明図の一例を示す。図１（ａ）に示すように、回転電機Ａ１には外殻のハウジング１を有する。ハウジング１には、端子箱２を有する。ハウジング１の内部には、図示しないが、コイルの巻かれた複数のコアを有する固定子（ステータ）および回転子（ロータ）を備えている。そして、端子箱２において、電源側の電線と回転電機のコイルから引き出された引出線３とが接続される。

図１（ｂ）には、回転電機Ａ１の他の構成説明図を示す。ハウジング１は、モータ室１ａとインバータ室１ｂを備えており、インバータ室１ｂには端子箱２を備えている。そして、端子箱１ｂにおいて、インバータ回路の電線と回転電機のコイルから引き出された引出線３とが接続される。

図２（ａ）は、端子箱２の内部構造を示す。端子箱２の中には、端子台４を有する。端子台４は、絶縁材料で形成される土台の上に回転電機の引出線３と電源側の電線５を接続する端子６と、引出線３と端子６および電線５と端子６を固定するためボルト７を複数有する。また、端子台４には、複数の端子６同士の絶縁のために絶縁壁を有する。絶縁壁は、隣り合う端子６同士の絶縁壁８１、および向かい合う引出線３と電線５との絶縁のための絶縁壁８２を有する。

端子６と引出線３の接続部は、封止剤９で封止される。引出線３と端子６、および電線５と端子６の接続部について、図２（ｂ）を用いて説明する。図２（ｂ）は、端子６と引出線３、電線５、ボルト７の位置関係を示す構成説明図である。引出線３は金属Ｍ１製であり、絶縁被膜１０が施されている。本実施形態では、引出線３の端子６との接続部の絶縁被膜１０を除去して、端子６に固定される。端子６は引出線３を挟む２つの端子６１と端子６２から構成され、ボルト７で固定される。また、電線５は金属Ｍ２製であり、絶縁被膜１０が施されている。本実施形態では、電線５の端子６との接続部の絶縁被膜１０を除去して、端子６に固定される。端子６は電線５を挟む２つの端子６２と端子６３から構成され、ボルト７で固定される。このため、引出線３と電線５は端子６２を介して導通する。

本実施形態では、端子６、ボルト７は金属Ｍ２で形成されるため、異種金属接続部Ｄは、引出線３と端子６１、引出線３と端子６２、および引出線３とボルト７の接続部となる。本実施形態において、端子台４の端子６の数は限定されない。図２（ａ）に示すように、複数の引出線３と複数の電線５がそれぞれ端子６に接続され、複数の異種金属接続部Ｄを構成している。異種金属接続部Ｄは、封止剤９で一括して封止される。

本実施形態では、端子６一つにつき引出線３を一つ接続しているが、端子６一つに引出線３を複数接続してもよい。その場合、引出線３には同一の電流が流れる。例えば３相回転電機の場合、同一の相の電流をまとめて流すときに、引出線３を複数接続することもできる。このとき１つのボルト７で固定してもよいし、複数のボルト７で固定してもよい。また、複数の引出線３に同一の電流を流す場合、別方式として、端子６の引出線３と接続する側が複数に別れていても端子６内で導通しているので同一の効果が期待できる。

本実施形態において、引出線３は金属Ｍ１で電線５および端子６は金属Ｍ２で形成されるが、端子６表面には図示しないが金属Ｍ３で形成されるメッキを施すことができる。

本実施形態に使用される封止剤９は、絶縁性を有するエポキシ樹脂やシリコーン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂など、室温や熱で硬化する樹脂を使用する。好ましくは耐熱性の高い樹脂が選ばれる。

第２の実施形態

図３を用いて、第２の実施形態について説明する。第２の実施形態の回転電機Ａ２は、第一の実施形態の回転電気Ａ１と、端子６の構成および異種金属接続部Ｄが異なる。図３に示すように、回転電機Ａ２では、端子６２が金属Ｍ１製の端子６２１と金属Ｍ２製の端子６２２の２種類の金属で構成されている。そのため、異種金属接合部Ｄは、端子６２１と端子６２２の接続部である。そして、端子６２１と端子６２２の接続部が封止剤９で封止される。金属Ｍ１製の端子６２１と金属Ｍ２製の端子６２２との接合は、例えば圧接を用いても良い。

なお、金属Ｍ１製の端子６２１と金属Ｍ１製の引出線３との接続、および、金属Ｍ２製の端子６２２と金属Ｍ２製の電線５との接続は、第１の実施形態と同様である。

本実施形態によれば、金属Ｍ１製の端子６２１と金属Ｍ２製の端子６２２とを接合して、異種金属接合部Ｄを樹脂封止した端子箱を予め作成しておくことにより、回転電機の製造が容易になる。

次に、実施例を示しながら、本発明をさらに具体的に説明する。

実施例１では、図２に示す回転電気Ａ１を使用した。実施例１ではアルミニウム製のハウジング１を使用した。ハウジング１には、樹脂性の端子箱２を設置した。端子箱２には、端子台４を有する。端子台４の土台は、絶縁樹脂で形成されている。端子台４には、引出線３と電線５を接続する端子６を有する。端子６には、酸化防止のため、銅にニッケルメッキを施したものを使用した。引出線３にはアルミニウムを使用し、電線５には銅を使用した。引出線３および電線５には絶縁被膜１０としてエナメル皮膜が施してあるため、端子６へ接続する部分の絶縁被膜１０を除去して、ボルト７に引出線３を巻き付けて端子６に固定した。ボルト７は銅製であり、ニッケルメッキが施されている。引出線３と端子６およびボルト７との異種金属接続部Ｄは、封止剤９として熱硬化性のシリコーン樹脂を使用して封止した。複数の異種金属接続部Ｄを、封止剤９で一括して封止した。

本実施例の回転電機Ａ１では、樹脂封止工程が１回であり、簡便に引出線３および端子６の接続部に防水構造を施すことができた。本方式では、異種金属接続部を樹脂で封止したことによって、腐食による断線および抵抗増加が防止できる。また、回転電機の外殻で接続することによって、回転電機駆動時のコイルの発熱の影響を低減できる。

実施例２では、図３に示す回転電機Ａ２を使用した。端子６１および端子６２１をアルミニウム合金、端子６３および端子６２２をニッケルメッキした銅で作製した。本実施例２の回転電機Ａ２では、端子箱２を事前に封止し防水構造を施す。本実施例では、端子箱を予め作製しておくことにより、引出線３および電線５を接続する回転電機作製時に封止工程が無く、作業時間が短縮できた。本方式では接続部を樹脂で封止したことによって、腐食による断線および抵抗の増加が防止できる。また、回転電機の外殻で接続することによって、回転電機駆動時の引出線３の発熱の影響を低減できる。

実施例３では、図２に示す回転電機Ａ１を使用した。ただし、実施例１とは端子箱２の構造が異なる。図４は、実施例３で使用した端子箱２の構成説明図である。実施例３では、絶縁壁８１の一部を除去する。これにより、封止剤９を充填しやすくなった。

本実施例３では樹脂封止工程が一回であり、簡便に引出線３および端子６の接続部に防水構造を施すことができた。また、接続部を樹脂で封止したことによって、腐食による断線および抵抗の増加が防止できる。また、回転電機の外殻で接続することによって、回転電機駆動時のコイルの発熱の影響を低減できる。

実施例４では、図２に示す回転電機Ａ１を使用した。ただし、実施例１とは端子６の構造が異なる。図５は実施例４で使用した端子６の構成説明図である。実施例４で使用した端子６１、６２および６３には、引出線３および電線５との接続部に突起Ｓを有する。接続時に突起形状が引出線３および電線５に食い込むため、引出線３および電線５を端子６接続する際に、絶縁被膜１０の除去工程が不要となる。

本実施例では絶縁被膜１０の除去工程を省き、簡便に引出線３および端子６の接続部に防水構造を施すことができた。本方式では接続部を樹脂で封止したことによって、腐食による断線および抵抗の増加が防止できる。また、回転電機の外殻で接続することによって、回転電機駆動時の引出線３の発熱の影響を低減できる。

実施例５では、図２に示す回転電機Ａ１を使用した。ただし、実施例１とは端子６の構造が異なる。図６は、実施例５で使用した端子６と引出線３の接続方法の構成説明図である。実施例５の方式では複数の引出線３に同一の電流を送るために、端子６同士が内部で接続されている。図に示すように、端子６と引出線３との異種金属接続部は、一括して樹脂９で封止される。

本実施例５では複数の引出線３に同時に電流を送ることができ、簡便に引出線３および端子６の接続部に防水構造を施すことができる。本方式では接続部を樹脂で封止したことによって、腐食による断線および抵抗の増加が防止できる。また、回転電機の外殻で接続することによって、回転電機駆動時の引出線３の発熱の影響を低減できる。

実施例６では、図２に示す回転電機Ａ１を使用した。ただし、実施例１とは異なり、１つの端子６で複数の引出線３を接続した。図７は、実施例６で使用した端子６と引出線３の接続方法の構成説明図である。図に示すように、１つの端子６で２つの引出線３を接続する。端子６と２つの引出線３との異種金属接続部は、一括して樹脂９で封止される。

本実施例６では、１つの端子６で複数の引出線３を接続するため、引出線３ごとに封止するよりもボルト７のしめつけ工程が少なくなり、簡便に引出線３および端子６の接続部に防水構造を施すことができる。本方式では接続部を樹脂で封止したことによって、腐食による断線および抵抗の増加が防止できる。また、回転電機の外殻で接続することによって、回転電機駆動時の引出線３の発熱の影響を低減できる。

１ハウジング
１ａモータ室
１ｂインバータ室
２端子箱
３引出線
４端子台
５電線
６，６１，６２，６３端子
６２１，６２２端子
７ボルト
８，８１，８２絶縁壁
９封止剤
１０絶縁被膜
Ａ１回転電機
Ａ２回転電機
Ｓ突起

Claims

回転子とコイルの巻かれた複数のコアから形成される固定子を有し、前記コイルと電源の電線が異なる金属である回転電機であって、
前記回転電機の外殻に端子箱を有し、
前記端子箱には前記回転電機のコイルから引き出された引出線と前記電源の電線を接続する端子台を有し、
前記端子台上に、一端が前記引出線に接続され、他端が前記電源の電線に接続される端子を有し、
前記端子台の端子が二種類以上の異種金属を接続して構成され、前記異種金属の接続部が樹脂封止されていることを特徴とする回転電機。
請求項１に記載の回転電機において、
前記異種金属の接続部を複数有し、
前記複数の異種金属の接続部が一括して樹脂封止されていることを特徴とする回転電機。
請求項１に記載の回転電機において、
前記コイルはアルミニウム製であり、
前記電源の電線は銅製であることを特徴とする回転電機。
請求項１に記載の回転電機において、
前記端子が、アルミニウムと銅を接続して構成されていることを特徴とする回転電機。
請求項２に記載の回転電機において、
隣り合う前記異種金属の接続部の間に絶縁壁を有することを特徴とする回転電機。
請求項１に記載の回転電機において、
前記端子の引出線接続部或いは前記端子の電線接続部に、前記引出線の絶縁被覆或いは前記電線の絶縁被覆を貫く突起形状を有することを特徴とする回転電機。
請求項１に記載の回転電機において、
前記端子は複数の引出線接続部に分割されていることを特徴とする回転電機。
請求項１に記載の回転電機において、
１つの前記端子で複数の前記引出線を接続することを特徴とする回転電機。
請求項１に記載の回転電機において、
前記回転電機の外殻はインバータ室を有し、
前記インバータ室に前記端子箱を有することを特徴とする回転電機。